納米纖維素作為一種新型綠色納米材料，近年來在儲(chǔ)能領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。除了儲(chǔ)量豐富、循環(huán)可再生的天然優(yōu)勢外，納米纖維素還具有精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)、良好的力學(xué)強(qiáng)度和較低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。在失水狀態(tài)下，納米纖維素可在氫鍵、范德華力或靜電力等非價(jià)鍵力作用下自發(fā)形成自組裝薄膜，這種新型膜材料具有離子擴(kuò)散快、耐高溫等性能優(yōu)勢，在金屬離子電池、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能器件用隔膜和電極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，納米纖維素還可通過凝膠化形成 三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，與無機(jī)納米子、金屬離子及其氧化物、碳材料、導(dǎo)電高分子等光電材料復(fù)合可形成具有導(dǎo)電和儲(chǔ)能效應(yīng)的多功能復(fù)合材料。

納米纖維素來源( 包括植物、動(dòng)物和微生物) 廣泛、儲(chǔ)量豐富， 是人類近期難以人工合成的材料之一。根據(jù)材料來源、制備方法及纖維形態(tài)不同，納米纖 維素可分為纖維素納米晶體(CNC)、纖維素納米纖絲(CNF)、細(xì)菌合成納米纖 維(BNC)和靜電紡絲纖維(ECC)4大類。

納米纖維素在儲(chǔ)能領(lǐng)域中的應(yīng)用納米纖維素本身具有良好的柔韌性和機(jī)械性能，纖維之間彼此交錯(cuò)連接，易形成便于離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)。纖維表面還附有羥基、羧基等親水性官能團(tuán)，在電解質(zhì)溶液中具有良好的保濕能力，在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前，國內(nèi)外研究者對(duì)納米纖維素基儲(chǔ)能材料的研究主要集中于納米纖維素基隔膜材料和納米纖維素基電極材料 2 方面。

1 納米纖維素基隔膜材料

隔膜的主要功能是隔離電極正負(fù)極材料， 只允許離子在正負(fù)極之間快速傳輸， 是儲(chǔ)能器件中關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響儲(chǔ)能器件內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命和電池安全性能的好壞。常用的商業(yè)電池隔膜，如聚丙烯 /聚乙烯 /聚丙烯( PP /PE /PP) 復(fù)合隔膜等機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能較差，在高電流密度充放電條件下，易被擊穿而造成電池短路現(xiàn)象；此外，其低孔隙結(jié)構(gòu)及在電解液中的潤濕能力不佳嚴(yán)重阻礙了儲(chǔ)能器件中離子的快速轉(zhuǎn)移，難以滿足儲(chǔ)能器件高能量密度和高功率密度的需求。

2 納米纖維素基電極材料

與纖維素微纖維相比，納米纖維素具有更精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，通過高溫炭化、原位化學(xué)聚合和電化學(xué)沉積等方式可與電極材料復(fù)合，獲得更精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)和更優(yōu)異的電化學(xué)性能。

2.1 納米纖維素基碳纖維材料 碳纖維材料具有高可逆性和安全性， 是現(xiàn)今應(yīng)用*廣的儲(chǔ)能器件電極材料。近年來，以糖類、聚合物和纖維素為前驅(qū)體制備的碳納米纖維擁有大表面積和多維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)能器件電極材料表現(xiàn)出高度可逆性和良好的循環(huán)性能，受到了研究者的廣泛關(guān)注。

2. 2 納米纖維素基二維納米材料 二維納米材料是指只在 1 個(gè) 維 度 上 具 有 納 米 尺 寸 ( 通常 ≤10 nm) 而在另 2 個(gè)維度上具備宏觀尺寸的納米材料，包括石墨烯、氮化硼( BN) 、二硫化鉬( MoS2 ) 和硫化鎢( WS2) 等。由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高比表面積和高導(dǎo)電率等優(yōu)點(diǎn)， 二維納米材料在能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化、傳感器及柔性電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于表面基團(tuán)少、化學(xué)活性低，二維納米材料在溶液中常出現(xiàn)團(tuán)聚或分散不均等現(xiàn)象，在使用前需添加表面活化劑或?qū)ζ溥M(jìn)行化學(xué)氧化反應(yīng)處理，使其表面具備多種含氧基團(tuán)以改善其表面活性。

2.3 納米纖維素基導(dǎo)電高分子材料 高分子導(dǎo)電聚 合 物， 如 聚 吡 咯 (PPy) 、聚苯胺(PANI) 和聚噻吩 ( PTh)等，具有高理論電容量、快速氧化還原切換能力和高導(dǎo)電性等優(yōu)勢，現(xiàn)廣泛用于電池、傳感器、抗靜電保護(hù)層和柔性電子器件等領(lǐng)域， 具有極大發(fā)展?jié)摿�。但由于�?dǎo)電聚合物高分子成型不易控制、電子傳遞效率低、實(shí) 際 比 電 容 不 佳， 其 實(shí) 際 應(yīng) 用 受到極大限制。

2. 4 納米纖維素基多元復(fù)合材料 為了構(gòu)建更加精細(xì)、有效的納米電極結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升納米纖維素基電極材料的電化學(xué)性能，常采用炭化、化學(xué)原位聚合、電化學(xué)沉積、水熱反應(yīng)和自組裝等方式制備納米纖維素基多元復(fù)合材料。

盡管納米纖維素用于制備新型儲(chǔ)能器件已得到廣泛關(guān)注，但納米纖維 素與電極材料之間的復(fù)合方式、界面相容性以及微觀形貌調(diào)控等基礎(chǔ)理論研究尚處于起步階段，如何*大限度發(fā)揮納米纖維素的尺寸和性能優(yōu)勢，構(gòu)建具有更加精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)及高轉(zhuǎn)化效率的儲(chǔ)能器件是下一步需要攻克的主要難題。因此，納米纖維素未來在儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面展開:

1) 納米纖維素尺寸及自組裝復(fù)合薄膜孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控；2) 納米纖維素的多功能修飾， 拓寬其在多種儲(chǔ)能器件電解液中的應(yīng)用范圍；3) 優(yōu)化物理混合、化學(xué)原位聚合和自組裝等復(fù)合工藝，充分發(fā)揮納米纖維素的模板優(yōu)勢，構(gòu)建尺寸更加精細(xì)化的納米電極材料；4) 改善納米纖維素和電極材料的混合均勻性和界面相容性， 進(jìn)一步提高納米復(fù)合材料的力學(xué)和電化學(xué)性能；5) 充分利用真空冷凍干燥及CO2超臨界干燥手段，提高復(fù)合電極材料的比表面積，構(gòu)建高能量轉(zhuǎn)換效率的三維儲(chǔ)能材料。通過解決上述問題，相信在不久的將來，納米纖維素必將在儲(chǔ)能領(lǐng) 域得到大規(guī)模應(yīng)用。

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